DE3509840A1 - Dichtring - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/56—Other sealings for reciprocating rods
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
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Description
Anmelderin: Firma Carl Freudenberg, Weinheim
Dichtring
Die Erfindung betrifft einen Dichtring für ein hin- und hergehendes Maschinenteil, umfassend ein Dichtelement
aus polymeren) Werkstoff, das mit einer Dichtlippe versehen ist, bei dem die Dichtlippe elastisch an das relativ
bewegte Maschinenteil angepreßt ist und bei dum die Dichtlippe der Bewegungsrichtung des relativ beu/egten
Maschinenteiles schräg zugeordnet ist.
Auf einen Dichtring der vorgenannten Art nimmt die GB-PS 1 078 586 Bezug. Er dient der Abdichtung des Ventilschaftes
eines Verbrennungsmotors, und die der Bewegungsrichtung des Ventilschaftes schräg zugeordnete Dichtlippe
ist ähnlich einem Gewindegang gewendelt. Sie durchdringt das Dichtelement auf seiner gesamten axialen Länge. Abgedichtetes
Medium, im vorliegenden Falle Schmieröl, vermag durch die Zwischenräume der einzelnen Windungen
hindurch das Dichtelement zu überwinden und steht so in dosierter Menge für die Schmierung des Ventilschaftes
zur Verfügung. Dieser Effekt ist im vorliegenden Falle erwünscht, bedingt indessen eine Beeinträchtigung
des in absoluter Hinsicht erzielten Abdichtungsergebnisses. Der Dichtring ist daher für Anwendungsfälle, '
in denen ein absolutes Abdichtungsergebnis angestrebt wird, nicht brauchbar. In die Zwischenräume zwischen
den einzelnen Windungen eingelagerte Fremdstoffe aus dem abgedichteten Medium können darüber hinaus die Abdichtwirkung
noch weiter beeinträchtigen und starken Verschleiß im Bereich der dynamischen Abdichtungszone
verursachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring für ein hin- und hergehendes Maschinenteil zu
zeigen, der die Erzielung eines ausgezeichneten Abdichtungsergebnisses gewährleistet und der weitgehend
unempfindlich ist im Hinblick auf in dem abgedichteten
Medium enthaltene Fremdstoffe.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Dichtring
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die sieh aus der schrägen Zuordnung der Dichtlippe zu der
Bewegungsrichtung des relativ bewegten Maschinenteiles ergebende Neigung in auf dem Umfang der Dichtlippe verteilten
Bereichen eine entgegengesetzte Richtung aufweist und daß die einzelnen Bereiche unter Bildung eines
das relativ bewegte Maschinenteil berührenden, axial undurchlässigen Dichtbandes lückenlos ineinander übergehend
ausgebildet sind.
Die Dichtlippe des erfindungsgemäßen Dichtringes ist der
Bewegungsrichtung des relativ bewegten Maschinenteiles in allen Bereichen schräg zugeordnet, was eine seitliche
Verlagerung des abgestreiften Mediums während der Durchführung des AbstreifVorganges bedingt. Eine Intensivierung
der Durchmischung des abgestreiften Volumens in sich selbst ist hiervon die Folge. 'Mc ergibt sich
aus der gegenseitigen Überlagerung der Umwälzung des abgestreiften Volumens in Bewegungsrichtung mit einer
entsprechenden Umwälzung in Umfangsrichtung. Eine ausgezeichnete
Schmierung der dynamischen Abdichtungszone ist hierdurch stets gewährleistet, die Entstehung von Anbackungen
in diesem kritischen Bereich wird wirksam verhindert .
Die Dichtlippe kann innerhalb eines jeden Bereiches eine gleichbleibende Neigung aufweisen, was neben einem
geradlinigen Verlauf eine sprunghafte Richtungsänderung an einer jeden Übergangsstelle zu dem benachbarten Bereich
bedingt.
Entsprechende Ausführungen lassen sich besonders kostengünstig
erzeugen.
Im Hinblick auf die Erzielung einer besonders guten Dauerhaftigkeit hat es sich demgegenüber als vorteilhafter
bewährt, wenn die Dichtlippe innerhalb eines jeden Bereiches eine sich verändernde Neigung aufweist, und wenn
sie benachbarte Bereiche ohne sprunghafte Neigungsänderung verbindet. Das sich in diesem Falle ergebende Dichtband
hat einen sinuskurvenähnlich ausgebildeten Verlauf.
Die durch die Neigung der Dichtlippe verursachte Umwälzung des abgestreiften Mediums in sich selbst erfährt
mit zunehmender Steilheit des Neigungswinkels eine Intensivierung, was an sich von Vorteil ist. Steile
Neigungswinkel machen es indessen unter Berücksichtigung üblicher Baugrößen zunehmend schwieriger, eine ausreichend
gleichmäßige Anpressung der Dichtlippe an das relativ bewegte Maschinenteil zu gewährleisten. Ausführungen,
bei denen die Dichtlippe einer sich quer zu der Bewegungsrichtung erstreckenden Ebene unter einem Winkel von
maximal 5°, vorzugsweise von maximal 3° zugeordnet ist, werden aus diesem Grunde bevorzugt.
Der erfindungsgemäße Dichtring gelangt bevorzugt zur Anwendung
bei der Abdichtung von Kolbenstangen. Die Anpreßrichtung der Dichtlippe ist in diesem Falle nach innen
gerichtet.
Ausführungen, bei denen die Dichtlippe eine nach außen
gerichtete Anpreßrichtung aufweist, eignen sich für die Abdichtung von Kolben.
Die Gestalt der Dichtlippe ist somit in jedem Falle an
die Gestalt des abzudichtenden Maschinenteiles angepaßt, wobei sich im Einzelfalle auch Abweichungen von der
üblichen, rotationssymmetrischen Gestalt ergeben können. Ein ovales Profil, ein polygonförmiges Profil oder ein
durch eine Mischform aus verschiedenen Profilen geprägter Querschnitt des relativ bewegten Maschintenteiles
ist ohne weiteres möglich, beispielsweise ein Querschnitt, bei dem ebene Flächen, leicht und stark gewölbte Flächen
ineinander übergehend verbunden sind. Neben einer großen Steifigkeit bei geringem Gewicht lassen sich durch eine
entsprechende Ausbildung Drehkräfte über die Verbindungszone der abgedichteten Teile übertragen, was für bestimmte
Anwendungen von großem Vorteil ist. Ein gutes Abdichtungsergebnis bei langer Gebrauchsdauer ist dennoch in jedem
Falle gewährleistet.
In Fällen, in denen der Dichtring zur Verwendung bei der Abdichtung eines relativ bewegten Maschinenteiles mit
wenigstens einer sich parallel zu der Bewegungsrichtung erstreckenden Planfläche vorgesehen ist, hat es sich als
vorteilhaft bewährt, wenn der die Planfläche abdichtende Abschnitt der Dichtlippe durchgehend im gloichen Richtungssinne geneigt ist. Das von der Planfläche abgestreifte,
abgedichtete Medium wird durch eine entsprechende Ausbildung in besonders großem Maße kumuliert, was es
stark erleichtert, Fremdkörper aus dem Bereich der dynamischen Abdichtungszone zu entfernen.
Bei einer entsprechenden Ausführung eines Dichtringes
hat die Dichtlippe in ihrer Gesamtheit jedoch eine relativ große axiale Erstreckung, was nicht immer tolerierbar
ist. Im Hinblick auf die Erzielung einer möglichst kleinen axialen Baulänge hat es sich daher als vorteilhaft
bewährt, wenn der die Planfläche abdichtende Abschnitt der Dichtlippe zwei benachbarte Bereiche einer
entgegengesetzten Neigungsrichtung aufweist. Diese sind zweckmäßig so geneigt, daß die Dichtlippe in der Zone
der gegenseitigen Verbindung beider Bereiche in den abgedichteten Raum vorspringt. Eine schiffsbugähnliche Ausbildung
der Dichtlippe im Bereich der Planfläche hat sich als zweckmäßig erwiesen, wobei die beiden benachbarten Bereiche
der Dichtlippe zweckmäßig gleichmäßig ineinander übergehend ausgebildet sind, d.h. mit einem gerundeten
Verlauf der Dichtlippe.
Eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Dichtringes ist in der in der Anlage beigefügten Zeichnung dargestellt. Er wird nachfolgend
näher erläutert:
Der gezeigte Dichtring ist für eine Festlegung in einer zylindrischen Bohrung bestimmt sowie für die dynamische
Abdichtung einer sich in der Bohrung axial hin- und herbewegenden Stange von quadratischem Profil.
De;r Dichtring weist ein Profil von im wesentlichen X-förmigcr
Gestalt auf, das außenseitig durch axial vorspringende, statisch wirkende Dichtlippen gegenüber der nicht dargestellten,
zylindrischen Gehäusebohrung abgedichtet ist und innenseitig durch axial vorspringende, dynamisch
wirkende Dichtlippen gegenüber der abzudichtenden Stange.
• ·*
Die statisch wirkenden Dichtlippen sind auf dem gesamten Umfang durch ein gleichbleibendes Profil gekennzeichnet,
das lediglich an der Stelle eines als Verdrehsicherung wirkenden Vorsprunges eine Aufweitung erfährt.
Die dynamisch wirkenden Dichtlippen sind demgegenüber in
Richtung des mittleren Teiles.einer jeden Dichtfläche
der abzudichtenden Stange zunehmend verdickt und einwärts vorgewölbt.
Die statisch wirkenden Dichtlippen sind dementsprechend von kreisförmiger Gestalt, die dynamisch wirkenden Dichtlippen
in etwa an das quadratische Profil der abzudichtenden Stange angepaßt. Sie sind kontinuierlich ineinander
übergehend ausgebildet, und die im mittleren Bereich angeordnete, einwärts gerichtete Wölbung erfährt durch die
Einführung der abzudichtenden Stange eine axiale Verlagerung, was zu einer Schrägstellung der Dichtlippe in
bezug auf die Bewegungsrichtung der abzudichtenden Stange führt. Die sich durch die Schrägstellung der Dichtlippe
ergebende Neigung in bezug auf die Bewegungsrichtung ist in verschiedenen Zonen unterschiedlich und weist in
Richtung der beiderseitigen Begrenzungen dor abgedichteten Planflächen zunehmend größere Werte auf als im mittleren
Bereich. Das unter Betriebsbedingungen von der abgedichteten Stange abgestreifte Mediumsvolumen erfährt
hierdurch eine intensive, aus dem Bereich einer jeden Planfläche herausführende Umwälzung, was ein Eindringen
von Fremdkörpern in den Dichtspalt in diesem kritischen Bereich außerordentlich erschwert.
Die einzelnen Volumina treffen anschließend im Bereich der Ecken des Profils der abgedichteten Stange massiert
aufeinander, was neben der eigentlichen Kumulierung zu starker Walkbewegung führt. Fremdkörper können daher
auch in diesem Bereich nicht in die kritische Zone zwischen der Dichtlippe und der abgedichteten Stange eindringen.
Die ausgezeichneten Gebrauchseigenschaften des erfindungsgemäßen
Dichtringes dürften vor allem auf diese vorstehend beschriebenen Effekte zurückzuführen sein.
Die Schrägstellung der Dichtlippe ist über die Breite
einer jeden Dichtfläche der abgedichteten Stange symmetrisch variiert. Die Anpressung an die abzudichtende
Stange beruht auf der Eigenelastizität des verwendeten elastomeren Werkstoffes. Sie ist durch die Vergrößerung
des Querschnittes der dynamisch wirkenden Dichtlippen in Richtung der Mitte einer jeden abgedichteten Fläche
vollkommen ausgeglichen. Auch nach langem Gebrauch sind daher Veränderungen des Abdichtungsergebnisses nicht zu
erwarten. Bei dem verv/endeten elastomeren Werkstoff handelt es sich um ein elastomeres Polyurethan der Härte
Shore A von 80 - 95. Die Verwendung von Gummi ist natürlich
ebenfalls möglich.
Der erfindungsgemäße Dichtring ermöglicht eine wesentliche
Verbesserung der bisher erzielten Gebrauchseigenschaften.
Er ist relativ einfach und dementsprechend kostengünstig herstellbar und eignet sich sowohl für die Abdichtung
flüssiger als auch für die Abdichtung gasförmiger Stoffe.
Claims (8)
1. Dichtring für ein hin- und hergehendes Maschinenteil,
umfassend ein Dichtelement aus polymerem Werkstoff, das mit einer Dichtlippe versehen ist, bei dem die
Dichtlippe elastisch an das relativ bewegte Maschinenteil angepreßt ist und bei dem die Dichtlippe der
Bewegungsrichtung des relativ bewegten Maschinenteiles schräg zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die sich aus der schrägen Zuordnung der Dichtlippe zu der Bewegungsrichtung des relativ bewegten
Maschinenteiles ergebende Neigung in auf dem Umfang der Dichtlippe verteilten Bereichen eine entgegengesetzte
Richtung aufweist und daß die Bereiche unter Bildung eines das relativ bewegte Maschinenteil berührenden,
axial undurchlässigen Dichtbandes lückenlos ineinander übergehend ausgebildet sind.
2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe innerhalb eines jeden Bereiches eine
gleichbleibende Neigung aufweist.
3. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtlippe innerhalb eines jeden Bereiches eine sich verändernde Neigung aufweist und daß sie
benachbarte Bereiche ohne sprunghafte Neigungsänderung verbindet.
4. Dichtring nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe einer sich quer zur Bewegungsrichtung
ersteckenden Ebene unter einem maximalen Winkel won 5° zugeordnet ist.
5. Dichtring nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtlippe einer sich quer zur Bewegungsrichtung erstreckenden Ebene unter einem maximalen
Winkel von 3° zugeordnet ist.
6. Dichtring nach Anspruch 1 bis 5 zur Verwendung bei der Abdichtung eines relativ bewegten Maschinenteiles
mit wenigstens einer sich parallel zu der Bewegungsrichtung erstreckenden Planfläche, dadurch gekennzeichnet,
daß der die Planfläche abdichtende Abschnitt der Dichtlippe im gleichen Richtungssinne
geneigt ist.
7. Dichtring nach Anspruch 1 bis 5 zur Verwendung bei der Abdichtung eines relativ bewegten Maschinenteiles
mit wenigstens einer sich parallel zu der Bewegungsrichtung erstreckenden Planfläche, dadurch gekennzeichnet,
daß der die Planfläche abdichtende Abschnitt der Dichtlippe zwei benachbarte Bereiche einer
entgegengesetzten Neigungsrichtung aufweist.
8. Dichtring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Bereiche so geneigt sind, daß
die Dichtiippe in der Zone der gegenseitigen Verbindung der Bereiche in den abgedichteten Raum vorspringt
.
- 11 -
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